Главная » Своими руками » Вариаторы это

Вариаторы это


Вариаторы

Швейцарская производственно-инжиниринговая компания ENCE GmbH (ЭНЦЕ ГмбХ) образовалась в 1999 году, имеет 16 представительств и офисов в странах СНГ, предлагает оборудование и комплектующие с производственных площадок в США, Южной Кореи, Канаде и Японии, готова разработать и поставить по Вашему индивидуальному техническому заданию вариаторы.

Описание

Вариатор это устройство, способное передавать крутящий момент плавно изменяя передаточное отношение. Изменение передаточного отношения происходит в определенном диапазоне и может происходить автоматически (в соответствии с настроенной программой) или вручную.

Большинству современных машин, участвующих в технологических и производственных процессах, необходимо иметь регулирование скоростей рабочих органов, которые определяются условиями технологического процесса. Здесь на помощь приходят передачи, называемые вариаторами, которые позволяют бесступенчато в определенных диапазонах изменять передаточное число привода. В вариаторах в качестве механизма главного движения используются передачи разных видов: фрикционные, ременные, цепные, планетарные, реализуемые в виде отдельных механизмов, основу которых образует непосредственный контакт шкивов (ведущего и ведомого) или промежуточный элемент (например, ремень).

Использование вариаторов позволяет регулировать в процессе работы установленный оптимальный скоростной режим. Вариаторы используются для бесступенчатого изменения передаточного отношения в: мотороллерах, автомобилях, снегоходах, квадроциклах, конвейерах, мешалках, металлорежущих станках и других устройствах. Диапазон регулирования обычно составляет 3–6, иногда 10–12 (отношение максимального передаточного числа к минимальному числу).

Принцип действия

Принцип действия вариатора еще в 1490 году был придуман Леонардо да Винчи, однако первый патент на вариатор был получен только в конце XIX века. Вариаторы не могли найти широкого распространения в течение нескольких десятилетий, использовались сравнительно редко и преимущественно на автомобилях и мотоустройствах, имеющих небольшие мощности двигателя, или в механизмах, в которых не было альтернативы вариаторам. Сегодня благодаря новым технологиям и материалам вариаторы приобрели второе рождение, которое позволило им достичь необходимого уровня надежности и снять те ограничения, которые прежде невозможно было обойти.

Вариатор, благодаря тихой и ровной работе, представляет собой совершенно новый механизм, который оптимизирует режим работы и увеличивает срок службы компонентов оборудования.

Простота регулирования скорости вращения – основное преимущество вариаторов. Механические вариаторы незаменимы в тех конструкциях, в которых невозможно использовать частотные преобразователи.

При существовании такого многообразия вариантов и видов вариаторов в основе их конструктивных исполнений лежит одинаковое для разных диаметров свойство тела вращения. Точки на поверхности этого тела, удаленные от оси вращения на разное расстояние, проходят за полный оборот различное расстояние, а также имеют разную линейную скорость. Таким образом, вариатор предоставляет собой уникальную возможность преобразования линейной скорости в крутящий момент.

Классификация

По своему устройству вариаторы подразделяются на несколько видов. Фрикционный тип включает в себя:

А вот вариаторы зацепления подразделяются на:

К достоинствам фрикционных вариаторов относятся простота их конструктивных исполнений, бесшумная и плавная работа, безаварийный режим при случайных перегрузках.

К недостаткам относятся довольно большие радиальные нагрузки на опорные узлы валов, превышающие порой передаваемое окружное усилие до 35 раз, что может повлечь за собой интенсивный износ рабочих узлов фрикционных вариаторов и разрушение катков. Кроме того при изменении нагрузки фрикционные вариаторы не сохраняют постоянства передаточного числа, а их КПД невысок.

В машиностроении в силовых приводах обычно используют фрикционные вариаторы, которые имеют максимальную среди вариаторов мощность равную сотням киловатт.

Вариаторы классифицируются на одноступенчатые и двухступенчатые. Главное кинематическое значение для любого вариатора это его диапазон регулирования (Д), который определяется отношением максимального к минимальному передаточному отношению:

Д = umax / umin

Диапазон регулирования для одноступенчатых вариаторов обычно в диапазоне от 3…6. При увеличении диапазона регулирования КПД вариатора снижается.

На многих агрегатах и узлах большим спросом пользуются вариаторы с различным конструктивным исполнением, однако в автомобилестроении прижились пока лишь два типа вариаторов: клиноременные и тороидальный.

Клиноременные вариаторы

В вариаторах этого типа используется клиновидные ремни, которые зажимаются между дисками шкивов. Диски шкивов имеют коническую поверхность, соответствующую форме ремня – один диск подвижный, второй нет. Изменение передаточного отношения достигается за счет изменения диаметра приводного и ведомого шкивов путем смещения подвижного диска шкива относительно неподвижного (см. рис). Максимальная скорость выходного вала будет при максимально диаметре (диски шкива максимально сжаты) ведущего колеса и минимальном (диски шкива максимально далеко друг от друга) диаметре ведомого. Минимальная скорость выходного вала будет при минимальном диаметре ведущего шкива и максимальном ведомого.

Для данного типа вариаторов используются как стандартные, так и широкие клиновые ремни повышенной прочности из специальных материалов. Возможно исполнение с несколькими ремнями на одном шкиве. Это повышает передаваемую мощность передачи, однако усложняет конструкцию.

Клиноременные вариаторы простые и надежные в эксплуатации. Передаточное отношение при использовании простых ремней не более 2-3, передаваемая мощность не превышает 50 кВт.

Цепные вариаторы

Цепные вариаторы сложнее конструктивно, имеют большую стоимость, но более компактны, долговечны и надежны. Передаточное число равно не превышает 6 при мощности передачи 30 кВт.

В современных моделях вариаторов стали применять металлический ремень, изготавливаемый из нескольких слоев особых сортов стали. Конструкция ремня представляет собой несколько полос стали, соединенных между собой деталями в виде бабочки, что обеспечивает низкий уровень шума и долговечность. Вариаторы, в которых вместо ремня применяется металлическая цепь, называются клиноцепными. Применяемая цепь также обеспечивает более высокую степень гибкости, уменьшает потери передачи крутящего момента и повышает КПД. На сегодняшний день клиноцепные вариаторы являются самой совершенной моделью вариаторов.

Регулировка скорости происходит аналогично конструкции клиноременного вариатора: с помощью рычагов раздвижные диски расходятся, тем самым уменьшая диаметр шкива, и также сходятся – увеличивая диаметр шкива.

Состоит из двух конусов, соединенных между собой ремнем. Конусы расположены таким образом, что их оси параллельны, а они «разнонаправлены», то есть меньший диаметр одного расположен с той же стороны что и больший диаметр другого.

Скорость ведомого вала регулируется перемещением ремня по конусам (см. рис). На рисунке показана передача, при которой ведомый вал имеет максимальную скорость. Для уменьшения скорости вращения ведомого вала необходимо смещать ремень влево (на меньший диаметр ведущего вала).

Тороидальные (тороидные) вариаторы

Тороидальный вариатор представляет собой набор из дисков и соосных роликов. Момент передается от одного диска к другому, а изменение передаточного числа связано с изменением положения роликов, а также градусов, под которыми происходит обкатка дисков. Все усилия сосредотачиваются в зоне контакта, ролики поворачивают устройства, преодолевающие усилие их прижатия к диску. Передаточное число в таких вариаторах меняется благодаря выбранному положению и самих роликом, и их радиусов. При контакте ролика с маленьким радиусом главного вала и с большим радиусом вспомогательного вала и происходит переход на низкую передачу. В обратном порядке осуществляется переход на более высокую передачу, а переключение на прямую передачу осуществляется при соприкосновении ролика с валами в одном радиусе. Минусом данного вида вариаторов считается довольно сложное конструктивное исполнение, недостаток технологий и материалов, которые в состоянии выдерживать такие нагрузки. У тороидальных вариаторов самый высокий КПД среди вариаторов равный 0,95. Данный тип вариаторов нормализован для характеристик мощностей в диапазоне 1,5–20 кВт, и, к сожалению, этот существенный недостаток заставляет отказываться от выпуска данного вида вариаторов.

Вариаторы лобового типа

В винтовых прессах, в приборах применяются обычно вариаторы лобового типа. В вариаторах такого типа оси расположены взаимно перпендикулярно, и скорость ведомого вала изменяется за счёт движения ролика вдоль своей оси. Ведомый вал у вариатора лобового типа может вращаться реверсивно, хотя ведущий вал при этом вращается в ту же сторону. В качестве ведущего элемента в лобовом вариаторе выступает или ролик, или диск. Передаточное число вариатора лобового типа равно

U = ω1 / ω2 = x / r,

а диапазон регулирования

Д = umax / umin = Rmax / Rmin

Многодисковые вариаторы

Многодисковые вариаторы включают в себя пакеты тонких раздвижных дисков (ведущих и ведомых) конической формы. Скорость ведомого вала изменяется при радиальном смещении ведущего вала относительно ведомого. Максимальный диапазон регулирования у вариаторов многодискового типа равен 5.

Волновые вариаторы

Волновые вариаторы представляют собой механическую передачу (винтовую, зубчатую либо фрикционную). Вращение в этой передаче передаётся возбуждением (циклическим) волн деформации, происходящем в гибком элементе. Наиболее распространены волновые вариаторы зубчатого типа, включающие в себя жёсткое, неподвижно закрепленное в корпусе вариатора зубчатое колесо, оснащенное внутренними зубьями. Гибкий элемент выполнен в виде цилиндрической тонкостенной шестерни и напоминает стакан с наружными зубьями, количество которых немного меньше числа зубьев жёсткого элемента. Генератор волн деформации в виде овального кулачка с надетым на него шариковым подшипником соосно вставлен в гибкое колесо, растягивая его при вращении. Волны деформации движутся в момент вращения генератора с такой же угловой скоростью, а разница между числом зубьев жёсткого элемента и числом зубьев гибких колёс обычно равна числу волн деформации. По количеству волн деформации волновые вариаторы на классифицируются на одно-, двух- или трёхволновые.

Шаровые дисковые вариаторы

В корпусе шарового дискового вариатора размещены два вращающихся диска, закрепленные на ведущем и ведомом валах, один из которых размещен на сферической опоре. Между дисками находится сепаратор с шарами, через которые и передается вращение от ведущего к ведомому валу. Изменение передаточного отношения достигается перемещением сепаратора вверх-вниз с помощью специального механизма. Один из дисков поджимается к другому с помощью упругой пружины.

К недостаткам данного вариатора относится невысокая надежность, так как в определенных условиях возможно проскальзывание шаров. Однако шаровой вариатор имеет большой диапазон регулирования, ведомый вал может работать с остановкой и реверсом. Когда ось вращения шара приближается к точке контакта, геометрическое скольжение значительно возрастает и характеристика вариатора становится нежесткой, это означает, что угловая скорость ведомого вала при изменении нагрузки значительно изменяется, что влечет за собой резкое падение КПД.

Высокомоментные вариаторы

К вариаторам зацепления относятся также высокомоментные вариаторы – одно из самых перспективных направлений машиностроения. У высокомоментных (нефрикционных) вариаторов большие перспективы применения в силовых агрегатах самого разного назначения – они позволяют улучшить технические характеристики:

Основные достоинства высокомоментных вариаторов:

Вариаторы с планетарной передачей

Сегодня известно большое количество конструктивных решений, объединяющих в себе свойства вариатора и планетарной дифференциальной передачи и направленных на бесступенчатое регулирование скорости выходного вала. В современных устройствах и машинах уже давно популярны планетарные передачи, компактные, несмотря на свои большие передаточные отношения, которые могут передавать вращение не только в дифференциальном режиме, но и в режиме останова отдельных компонентов передачи. Однако этим устройствам не характерно плавное изменение скорости выходного вала из-за фиксированного числа зубьев колёс передачи. Использование схем объединения планетарной дифференциальной передачи, вариатора и управляющего механизма в одно целое упрощает конструктивное исполнение вариатора и расширяет границы использования при изменении передаточных отношений. Такой вариатор (планетарный) состоит из корпуса, в котором размещаются ведущий вал и ведомая шестерня, устройства управления и планетарных рядов. С помощью устройства управления, содержащего исполнительный и контролирующий узлы, есть возможность изменять общее передаточное число вариатора независимо от оборотов приводного механизма.

Последние изобретения и разработки, направленные на создание новых моделей вариаторов, постепенно начинают использоваться в речном, морском и ж/д транспорте, автомобилестроении, в приводах конвейеров и транспортеров горных машин и прочих механизмах. Тестируемые на промышленных транспортёрах зубчатые вариаторы показали возможность работы без задержек и без применения мощных пусковых токов, при любом количестве сырья на транспортере, с плавным переходом на режим работы с номинальными параметрами. Предлагаемые конструкции просты, не имеют ненужных органов управления, фрикционов, гидротрансформаторов, клапанов включения, обгонных муфт и других деталей и узлов.

Зубчатые адаптивные вариаторы

Зубчатый адаптивный вариатор имеет постоянную потребляемую мощность, обеспечивая при этом скорость движения выходного вала, обратно пропорциональную к внешней нагрузке. Зубчатый вариатор с бесступенчатым регулированием имеет постоянное зацепление зубчатых колес и работает в заданном диапазоне передаточных отношений, способен при этом надежно передавать усилия и обеспечивать при этом достаточно высокий КПД, в отличие от вариаторов фрикционного типа.

Мотор-вариаторы

Вариаторы, укомплектованные общепромышленными асинхронными электродвигателями, получили название мотор-вариаторов. Они могут оснащаться и другими двигателями, например, с независимой вентиляцией, с переменным числом полюсов или со встроенным тормозом. По желанию заказчиков мотор-вариаторы могут доукомплектоваться цилиндрическими, червячными или другими редукторами со стандартным входным фланцем и полым валом. Применяемые схемы сборки «мотор – вариатор – редуктор» обеспечивают высокие крутящие моменты вала при одновременном регулировании скорости вращения.

В отличие от других вариаторов, передаточное отношение мотор-вариаторов можно изменять и на остановленном двигателе, а длительный режим работы при постоянном передаточном отношении не вызывает износа рабочих поверхностей на фрикционной паре, из-за отсутствия скольжения в зоне контакта.

Вариаторы соединяются с электродвигателями при помощи фланцев, а с редукторами или иными механизмами с помощью муфт.

Вариаторы хорошо себя проявили в машиностроении, строительстве и металлургии в ленточных, цепных, роликовых конвейерах, в пищевой промышленности, в подъемных устройствах, в экструдерах, приводах транспортировочных тележек, приводах летучих пил и ножниц, приводах поворотных механизмов и ходовых винтов.

Выгода от применения современных вариаторов заключается в их минимальном износе и отсутствии необходимости в дорогостоящих механизмах и элементах приводов, благодаря плавному изменению передаточного отношения. Реально существующая необходимость перехода экономики России на технологическую базу с достаточной эффективностью подтверждает готовность внедрения новых инновационных проектов, стимулирующих развитие новых ресурсосберегающих технологий. Их реализация приведёт к значительному снижению затрат на металл (за счет компактности конструкций разрабатываемых вариаторов) и на энергию, затрачиваемую на производство единицы продукции, и обеспечит производство конкурентоспособных вариаторных устройств нового поколения.

Конические редукторы Цилиндрические редукторы Червячные редукторы Редукторы компании «Zambello Riduttori»

Инженеры всегда готовы проконсультировать или предоставить дополнительную техническую информацию по предлагаемым вариаторам.

Ваши запросы на оборудование просим присылать в технический департамент нашей компании на e-mail: [email protected], тел. +7 (495) 225 57 86.

Центральный сайт компании ENCE GmbH Наша сервисная компания Интех ГмбХ

Головные Представительства в странах СНГ: России Казахстане Украине Туркменистане Узбекистане Латвии Литве

www.ence-gmbh.ru

Устройство и принцип работы вариатора

Часто в технических характеристиках автомобиля, которые мы изучаем, можно встретить такое слово, как вариатор бесступенчатый. Если про МКПП или АКПП мы слышали, то это слово остаётся для некоторых загадкой. Попробуем в нашей статье осветить нужную информацию и подробно рассказать о том, как он устроен.

Что он собой представляет

Оказывается, вариатором называют особый тип АКПП. И он был изобретён, как ни странно это будет слышать, ещё в XIX веке! Но и это ещё не всё. Как утверждают историки, а это очень дотошные до всего ребята, первое в мире устройство схожего типа было придумано самим Леонардо да Винчи ещё в XV веке.

Что касается первого автомобиля с вариатором, то он появился в середине двадцатого столетия. И первыми вариаторами стали заниматься инженеры компании DAF, которые оснащали ими свои грузовые и легковые автомобили. Затем у них такой тип трансмиссии перенял «Вольво» и стал ставить на свои машины.

По сути, вариатором можно назвать ту же АКПП. И невооружённым взглядом автомобиль с вариатором и с «автоматом» внешне не отличишь. На автомобилях с вариатором стоят такие же педали (их две) и коробка передач. Но автомобиль, оборудованный таким вот устройством, работает немного по-другому.

В частности, на машине с вариатором отсутствуют фиксированные передачи первой или второй скорости, а переключаются они практически незаметно и очень плавно. И толчков, которые обычно ощущаешь при трогании с места, на автомобилях с вариатором не замечаешь. Кроме этого, благодаря вариатору происходит непрерывное и опять же незаметное изменение ПЧ во время разгона или даже замедления транспортного средства.

Видео о видах коробок передач:

Так какую же коробку стоит выбрать: вариатор или «автомат»? Попробуем разобраться. Нередко такое устройство называют бесступенчатой коробкой, подразумевая то, что передачи меняются практически незаметно.

Какими они бывают

Наиболее популярными сегодня являются клиноремённые со шкивами переменного диаметра, тороидальные, а также цепные вариаторы.

Клиноремённый вариатор

Начнём с клиноремённого вариатора, так как он самый известный.

Его экипировка — это шкив и клиновидный или ведомый ремень. При этом такой тип бесступенчатой коробки работает в зависимости от количества оборотов агрегата и не реагирует на нагрузки. К примеру, если подняться в гору, автоматически увеличивается нагрузка на заднее колесо, но ПЧ остаётся неизменным. Такой параметр многие эксперты называют одним из недостатков вариатора клиноремённого.

Почему ремень такого типа называется клиновидным? Да потому что ремень в разрезе имеет форму трапеции и как бы вклинивается в шкив своими боковыми частями. Когда эти боковинки изнашиваются, ремень вклинивается ещё глубже в шкив, опять же оставаясь в хорошей сцепке.

Передаточное число на вариаторе клиноремённом изменяется путём взаимодействия ведущего и ведомого шкивов. Другими словами, это выглядит следующим образом. Части ведущего шкива, который вращается коленвалом, плавно сжимаются и выталкивают ремень подальше от центра. Ведомый шкив при таком процессе разжимается, а ремень начинает мягко утопать уже в нём, приближаясь к центру. Таким образом, меняется передаточное число от коленвала, направляясь к заднему колесу.

Что касается разницы между ведомым и ведущим шкивами, то на втором нет роликов, вместо которых установлена бывает пружина.

То, как работает клиноремённый вид устройства, можно объяснить ещё и методом двух одинаковых карандашей. Берём их и ставим параллельно друг другу на столе. Затем стягиваем резинкой и начинаем крутить один из цилиндрических карандашей. Как вы думаете, что произойдёт? Конечно же, начнёт одновременно крутиться и второй предмет, да притом с той же скоростью, что и первый. Но история не повторится, если карандаши будут иметь разный диаметр сечения.

Видео, демонстрирующее работу клиноремённого вариатора:

Разные карандаши опять же будут вращаться, но по-иному. Карандаш с большим сечением пока будет делать один оборот, второй поменьше сделает два.

И вариаторы разного типа имеют схожий с «карандашами» принцип работы. Только вот диаметр этих самых карандашей у вариатора постоянно меняется, ведь, как говорилось выше, у клиноремённого типа устройства два шкива, сделанных в виде конусов. Они своими концами (шкивы) обращены бывают друг к другу, а между ними зажимается ремень.

Перемещаясь относительно друг друга, шкивы становятся похожими на карандаши, меняющие постоянно свой диаметр. Оба шкива снабжаются обычно гидравлической системой, но нередко подключается и сервопривод. Благодаря этому половинки первого и второго шкивов сдвигаются и раздвигаются синхронно. Даже если один из них находится на ведущем валу, который идёт от мотора, а второй — на ведомом, идущем к колёсам, изменение ПЧ пройдёт гораздо шире.

Коробка вариатор такого типа ещё бывает снабжена механизмом, который отвечает за изменение направления вращения вала при включении задней передачи.

Ремень

Интересно, а из какого материала сделан ремень на таком вариаторе. А он необычный, сделанный из смеси резины и ткани. Он непохож на те ремни, которые вращают различные генераторы или прочее навесное оборудование. Ведь такой не выдержал бы и тысячи километров.

В вариаторах ремни конструкцию имеют довольно сложную. Обычно это стальная лента, покрытая железными составляющими. На такой набор стальных тросов бывает нанизано поперёк множество тоненьких пластинок, напоминающих по форме трапецию. Именно края этих самых лент и контактируют со шкивами. Кстати, благодаря такой конструкции удалось придумать и толкающий ремень, передающий мощность обеими своими половинами от одного шкива к другому.

Преимуществом стальной ленты является то, что передавая усилие на сжимание, она не складывается, как сделал бы обычный ремень, а обретает жёсткость.

Вместо клинового ремня такой конструкции нередко выступает и широкая пластинчатая цепь, также стального типа. Она соприкасается с конусами своими краями, и именно такой вид ремня можно встретить на вариаторах автомобилей Ауди. Чтобы провести смазку этой самой цепи, применяется особый вид жидкости. Она способна менять своё физическое состояние под сильным давлением, возникающим в месте соприкасания со шкивом.

А то, как будет вариатор менять ПЧ при разгоне автомобиля, зависит от специально выбранной ПУ. Для примера, представим себе то, как мы разгоняемся на обычном автомобиле с механической коробкой или даже с «автоматом». Что мы делаем? Мы на каждой передаче обязательно раскручиваем двигатель, дабы спокойно перейти на следующую передачу. В случае с вариатором двигатель свои обороты не меняет, даже при любом разгоне. Зато передаточное отношение меняется плавно.

Для некоторых водителей, непривыкших к вождению автомобилей с вариатором, создаётся странное ощущение. Он жмёт педаль газа в пол, тем самым повышая обороты двигателя. Тот начинает выть и так остаётся в течение всего разгона. Хотя темп разгона и высокий, и на переключение скоростей время не тратится, это немного раздражает. Но каждому своё.

Модель металлического клиновидного ремня

В некоторых случаях инженеры делают следующее: они вариатор настраивают таким образом, чтобы автомобиль разгонялся с ним по-особому. Это напоминает увеличение скорости с обычной КПП, то есть когда постепенно набирается рост оборотов двигателя.

Зато вариатор очень умный. Например, если поднимаешься на автомобиле с вариатором в гору, тот автоматически замедляет движение, даже когда педаль газа нажата. Но устройство не оставит подключённой высокую передачу, а напротив, увеличит крутящий момент на выходе из коробки. Это произойдёт благодаря работе шкивов, которые для уверенного штурма высоты быстро передвигаются обратно.

Кроме того, на автомобилях некоторых марок с вариатором водитель может выбирать режимы с виртуальными передачами, с шестью или даже с восемью. Они задаются специальной электроникой, и между передачами вариатор будет перескакивать, как обычная классическая коробка-автомат. К тому же можно будет переключать скоростные передачи по собственному желанию, как на автомобилях, имеющих автоматический секвентальный режим переключения.

Тороидный вариатор

Этот вид вариатора наделён вместо ремней и шкивов колёсами и роликами. Система вариатора CVT кажется немного иной и отличающейся от клиноремённого устройства. Но все её компоненты выполняют, по сути, те же функции. Результат один — постоянно изменяющаяся трансмиссия!

Принцип работы тороидного вариатора происходит следующим образом. Один из дисков соединяется с двигателем, а другой — с карданным валом. Первый диск — это тот же ведущий вал, а второй — ведомый. Между дисками расположен не ремень, а как и говорилось, ролики или колёса, которые и передают мощность от одного к другому. То же самое делает и ремень на клиноремённом вариаторе.

Колёса способны вращаться вокруг двух осей. Это и горизонтальная ось, и вертикальная. Такие виды вращения помогают колёсам соприкасаться с дисками в разных областях. И когда колёса соприкасаются с ведущим диском возле центра, то они вынуждены контактировать с ведомым диском около обода, тем самым приводя к увеличению крутящего момента и уменьшению скорости. Это и есть овердрайв или высокая передача.

Гидростатический механизм

Оба из вышеописанных видов вариатора работали за счёт радиуса контактируемых точек между двумя вращающимися объектами. Но гидростатический вариатор имеет совершенно иной принцип работы, основанный на использовании насосов переменного объёма. И вращательное движение здесь обеспечивается за счёт гидростатического насоса.

Как проводится ремонт вариаторов

Ремонт вариаторов проводится так же, как и починка АКПП. Они также не любят, когда с ними обращаются с нарушениями правил, и выходят из строя. Владельцам автомобилей с вариатором следует ознакомиться с правилами эксплуатации такой коробки, а не пренебрегать ими.

Что касается буксировки автомобилей с вариатором, то как и в случае с АКПП, здесь есть свои особенности. В частности, буксировать автомобиль можно будет, только установив рычаг переключения в положение N, и ехать нужно будет не более 80 км со скоростью не более 50 км/ч. При буксировке на большие расстояния обязательно наличие эвакуатора.

На вариаторах, как и на АКПП, следует проводить плановую диагностику не менее одного раза в год. Если замечаются неестественные шумы или толчки в коробке, то обязательно прохождение диагностики на специальной СТО. Диагностика поможет определить все имеющиеся шумы, сбои в работе и возможные неполадки. И таким образом можно будет избежать дорогостоящего ремонта.

Ремень вариатора так же, как и само устройство, нередко подлежит ремонту. И для его проведения не нужно никакого сложного оборудования. Например, часто удаётся сменить ремень на скутерах, которые снабжены вариатором, своими руками.

Видео об устройстве и сравнении вариатора:

И напоследок хотелось бы подытожить. Автомобили с вариатором всё более становятся востребованными. Цена на них разная. К примеру, Chery Tiggo FL с полным приводом, наделённый вариатором, стоит около 640 000 российских рублей.

365cars.ru

Детали машин



Вариаторы служат для плавного (бесступенчатого) изменения на ходу частоты вращения ведомого вала при постоянной частоте вращения ведущего вала. Бесступенчатое регулирование скорости способствует повышению производительности работы машины вследствие возможности выбора оптимального режима, оно благоприятно для автоматизации и управления на ходу.

В качестве механизма главного движения в вариаторах применяют передачи разного типа – фрикционные, ременные, цепные. Их выполняют в виде отдельных механизмов с непосредственным контактом ведущего и ведомого катков, с промежуточным элементом (например, ремнем) и планетарные.

Одной из основных характеристик вариатора является диапазон регулирования, равный отношению максимальной частоты вращения ведомого катка n2max к его минимальной частоте вращения n2min:

Д = n2max/n2min = u2max/u2min.

Обычно для одноступенчатых вариаторов диапазон регулирования выбирают в пределах Д = 3...8.

***

Разновидности вариаторов

В зависимости от формы тел качения вариаторы бывают лобовые, конусные, торовые и другие. Разработано большое число конструкций вариаторов с различными принципиальными схемами, в зависимости от назначения и применения в различных механизмах и машинах.

Многообразие конструкций вариаторов не позволяет систематизировать методы их расчетов.

Вариаторы подбирают по каталогам и справочникам, в зависимости от передаваемого крутящего момента, диапазона регулирования, частоты вращения ведущего вала и конструктивных особенностей.

***

Лобовые вариаторы

Лобовые вариаторы применяют в винтовых прессах и различных приборах. Бесступенчатое изменение частоты вращения ведомого вала достигается передвижением малого катка вдоль вала, т. е. изменением радиуса R2. Лобовые радиаторы допускают реверсирование вращения (передвижением малого катка из положения А в положение Б, см. рис. 2).

Рабочие поверхности катков лобовых вариаторов подвержены интенсивному износу вследствие существенной разницы скоростей на площадке контакта (геометрическое скольжение). По этой же причине лобовые вариаторы имеют невысокий КПД.

Поскольку R1 = const, диапазон регулирования лобовых вариаторов определяется по формуле:

Д = R2max/R2min.

***



Этот тип вариаторов имеет наибольшее применение в машиностроении. Промежуточным элементом вариаторов с раздвижными конусами является широкий клиновый ремень (см. рис. 3) или специальная цепь. Плавное изменение частоты вращения ведомого вала достигается раздвижением ведущего и синхронным сближением ведомого конусных катков, т. е. изменением расчетных радиусов катков R1 и R2.

Максимальное и минимальное значение передаточного числа вариатора с раздвижными конусами определяется по формулам:

umax = n1/n2min = R2max/R1min; umin = n1/n2max = R2min/R1max.

Клиноременные вариаторы просты и надежны в эксплуатации, стандартизированы. Диапазон регулирования таких вариаторов Д ≤ 8. При использовании широких ремней передаваемая мощность достигает 50 кВт при КПД η = 0,8...0,9.

Наглядно принцип работы клиноременного вариатора можно увидеть здесь.

Цепные вариаторы сложнее и дороже клиноременных, но компактнее, надежнее и долговечнее. Они обеспечивают постоянство передаточного числа из-за отсутствия проскальзывания. Цепные вариаторы могут передавать мощности до 100 кВт и имеют диапазон регулирования Д ≤ 7. КПД таких вариаторов η = 0,8...0,9.

Клиноременные и цепные вариаторы не способны осуществлять реверсивное движение ведомого вала.

***

Торовые вариаторы

Торовый вариатор состоит из двух соосных катков с тороидальной рабочей поверхностью и двух или трех промежуточных роликов (рис. 4). Частоту вращения ведомого вала регулируют поворотом промежуточных роликов с помощью рычажного механизма, в результате чего изменяются радиусы поверхностей контакта R1 и R2.

Торовые вариаторы имеют наиболее совершенную и компактную конструкцию в сравнении с вариаторами других типов. Скольжение у них сведено к минимуму. КПД достигает 0,95, диапазон регулирования Д ≤ 6,3.

Основные недостатки торовых вариаторов – сложность конструкции, высокие требования к точности изготовления и монтажа. Особенностью торовых вариаторов является противоположное вращение ведущего и ведомого валов.

Реверсивное движение ведомого вала не осуществляют.

Текущее значение передаточного числа торовых вариаторов рассчитывают по формулам:

u = n1/n2 = R2/R1.

***

Многодисковые вариаторы

Многодисковые вариаторы состоят из пакетов ведущих и ведомых раздвижных конических дисков, прижимаемых пружинами (рис. 5). Изменение частоты вращения ведомого вала в таких вариаторах осуществляется за счет перемещения ведущего вала относительно ведомого в направлениях, указанных на рис. 5 красными стрелками. При этом изменяется межосевое расстояние и расчетный радиус R1 ведущих дисков.

При работе дисков в масляной ванне долговечность и надежность многодисковых вариаторов существенно повышается.

Передаточное число многодисковых вариаторов определяется по формулам:

u = n1/n2 = R2/R1.

Диапазон регулирования многодисковых вариаторов Д ≤ 4,5, КПД η = 0,8...0,9.

Применение многодисковых вариаторов позволяет уменьшить габариты конструкции при больших значениях передаваемой мощности. Как и рассмотренные выше типы вариаторов (клиноременные, цепные, торовые), многодисковые не способны осуществлять реверсивное движение ведомого вала.

***

Кроме рассмотренных здесь типов вариаторов применяются и другие конструкции - конусные, двухконусные, дисковые, роликовые и т. д. Конструкции некоторых из них представлены на рисунке ниже.

***

Передача винт - гайка



k-a-t.ru

Что такое вариатор: изучаем вместе

Для каждого вида коробки передач характерны свои особенные отличия. Самым простым вариантом является механическая коробка передач.

Самая простая коробка — это механическая, она имеет семьскоростей. Автоматика — не более десяти, хотя работают уже и над одиннадцатиступенчатой, а коробка-вариатор лишена фиксированных передач, её можно по праву назвать бесступенчатой. Передача крутящего момента от двигателя к колёсам осуществляется очень плавно.

Вариатор уже давно, до того как устанавливать на автомобили, использовали на мотоциклах. В машинах же известных брендов вариаторная коробка стала использоваться совершенно недавно. Вариатор, как плавная бесступенчатая новинка полюбился сегодня автомобильным пользователям, но в то же время получает и некоторые нарекания разочарованных владельцев, которых не так много, впрочем, но всё же они есть.

Повторимся, нет ничего идеального даже в природе. И факт остаётся фактом даже не обращая внимания на то, что разработки вариатора велись достаточно давно, сегодня эта система пока ещё достаточно «сыровата» и до конца толком не доработана даже самыми известными автомобильными брендами.

Принцип работы

В зависимости от конструктивных различий и устройства вариаторные коробки передач можно разделить на несколько типов: тороидальные, клиноременные, цепные и другие приводы. Наиболее распространённым типом вариаторной коробки передач является клиноременной на основе шкивов с переменным диаметром. О таком вариаторе и пойдёт далее речь.

Для того, чтобы понять устройство вариатора, представим две идентичные трубки, которые находятся на небольшом расстоянии параллельно друг напротив друга. Когда их стянем резинкой и начнём крутить какую-либо из них, то вращение придастся и второй, причём с той же скоростью, что и первой. Но если одну трубку заменить на другую большего диаметра, то скорость их вращения относительно друг друга будет другой: скорость вращения большей трубки будет существенно ниже чем у параллельной меньшего диаметра.

Принцип работы вариаторной коробки идентичен, только цилиндры имеют постоянно изменяющийся диаметр. В состав вариатора входит шкивы конусовидной формы, которые направлены друг к другу вершинами, а между ними зажат ремень специальной клиновидной формы.

Конусы, попарно двигаясь друг к другу и обратно, изменяют диаметр рабочей поверхности шкивов. При раздвижении конусов, ремень, что обращён рёбрами к ним, провалится в середину шкива и будет огибать его по радиусу меньшего размера. В случае движения конусов навстречу друг другу, огибание шкива ремнём будет происходить наоборот по большему радиусу.

Управление шкивами происходит под строгим контролем гидравлической системы, которая следит за синхронным сближением конусов одного шкива и расхождением в другом. Один шкив располагается на ведущем валу, который идёт от двигателя, а второй прикреплён к ведомому, который идёт уже к колёсам. Благодаря такому расположению шкивов, передаточное отношение налаживается в широчайшем диапазоне.

Что бы осуществить движение назад в автомобиле с вариатором, в нём находится специальный узел, меняющий направление вращения выходного вала. Таким узлом может служить планетарная передача.

История появления и внедрения в автомобили

Первейшим серийным автомобилем, оборудованным вариатором, можно считать по праву DAF 600. Автомобиль, который сошёл в первый раз с конвейера ещё в далёком 1958 году. Эта машина была достаточно не плохим вариантом для передвижения, но завоевать сердца автолюбителей так и не смогла и была снята с производства. Далее целых 13 лет не выпускались автомобили с вариаторной коробкой передач. И о чудо! В 1972 году свет увидел Volvo 343! Достойный автомобиль и очень прекрасный для своего времени с богатейшим оснащением. Но главным его недостатком оказался именно вариатор.

Вся проблема заключалась в бракованных клиновидных ремнях коробки с ограниченным ресурсом. Но выпуск модели компания сворачивать не собиралась и поэтому на конструкторов была возложена задача поиска альтернативы клиновидному ремню.

И в Volvo решение всё же было найдено братьями Ван Дорн. Они предложили идею использования ремня, состоящего из наборных пластин, которые бы толкали муфту вместо того, чтобы крутить её.Подобного решения не поддержала компания Audi. Её инженеры предложили попросту заменить ремень на цепь. Эти наработки были использованы уже в автомобиле AUDI A6.

А теперь хотим предложить Вам краткую хронологию инновационного развития вариатора:

1490 год – гений эпохи возрождения Леонардо да Винчи опубликовал свои наработки бесступенчатой трансмиссии. Конечно в то время автомобилей не было и в помине, но всё же. 1886 год –подача первого патента на тороидальную CVT.

1935 год - Dodgeпатентует тороидальный вариатор в США.

1939 год – свет увидела коробка автомат, в основе которой лежит планетарная система передач.

1958 год - Dafвыпускает первый серийный автомобиль, оснащённый вариаторной коробкой передач.

1972 год - Volvo 343 достаточно удачное серийное производство автомобилей с вариатором.

1989 год - SubaruJusty GL –первое полноценное производство автомобилей на вариаторе в Америке.

2002 – дебют Saturn на коробке вариатор.

2002 – Ваз 2112 оснастили вариатором на замену механике.

2014 – рынок автомобилей на CVT приближается в количественном соотношении к автомобилям на автомате.

Отличие вариатора от других видов трансмиссий

Механическая коробка

Начнём с самой популярной трансмиссии, то есть механической. Возраст этого ветерана насчитывает уже более века. Но за этот период она изменялась множество раз, дойдя до сегодняшнего времени в лучшем её проявлении.

Коробка вместе с двигателем расположены под капотом автомобиля, а между ними находится узел сцепления. При выжимании водителем педали сцепления, происходит механическое разъединение двигателя и коробки передач, в этот момент и выбирается необходимая для включения передача. Рекомендовано производить «разъединение» МКПП и мотора также во время торможения и при парковании.

Расположение двигателя в автомобилях с задним приводом – продольное. МКПП в таком случае состоит из трёх валов: ведущего, промежуточного и ведомого. Автомобили с передним приводом оснащаются поперечным расположением двигателя, а коробка в свою очередь имеет только два вала: входящий и выходящий. Это и приводит к различной работе трансмиссии, но это не влияет на функции, они остаются неизменными.

Коробка автомат

Переключение передач в классическом автомате контролируется гидроблоком, которым в современных автомобилях управляет электроника. Поэтому при помощи АКПП можно использовать различные режимы езды: экономичный, обычный и спортивный. В более «навороченных» автоматических коробках бывает ещё полно всевозможных режимов, которые так и остаются не познанными автомобилистами.

Классические автоматы отличаются хорошей надёжностью настолько, что выдерживают пробег в 400 тысяч километров без особых вмешательств в конструкцию коробки. Главное аккуратно эксплуатировать коробку и не «жечь» её на резких стартах со светофоров, а также вовремя заливать в агрегат качественное масло. Многие современные АКПП позволяют переключать передачи в ручном режиме.

Роботизированная коробка передач («робот»)

Коробка «робот» - это механическая коробка, в которой передачи переключаются электроникой. Как и в случае с автоматом, в автомобиле с роботом присутствуют две педали, но присутствует сцепление, но в отличии от АКПП, гидротрансформатора здесь нет.

Робот характерен наличием существенных толчков при переключениях передач, особенно на малых скоростях, в отличие от АКПП и тем более вариатора, который плавнее чем все остальные коробки. Достаточно недавно в продажу стали поступать автомобили, оснащённые роботизированной коробкой с двумя сцеплениями. Одно из сцеплений отвечает за переключение чётных передач, второе – нечётных.

В данном случае передачи переключаются за доли секунды, что разительно отличает эту коробку от обычного робота, в котором задержки могут достигать и трёх секунд. Данный тип трансмиссии впитал в себя экономичность и динамичность работы механики и удобство автомата.

Преимущества и недостатки

Вариатор обладает существенными преимуществами, что продвинуло эту бесступенчатую трансмиссию на уровень оснащения автомобилей на ровне с автоматом. Рассмотрим их:

- автомобиль на вариаторе разгоняется очень плавно, ибо эта коробка передач лишена каких-либо скачков и рывков в илу своей конструкции;

- разгон на вариаторе происходит быстрее, так как на переключение скоростей абсолютно не затрачивается время.

- автомобили с вариатором, в отличие от автомобилей с механической коробкой передач, плавно трогаются с места и не глохнут на светофорах или подъёмах;

- наличие всего двух педалей и лёгкость управления;

- даже разгоняясь, вариатор не производит много шума;

- вариатор более экономичен по расходу топлива нежели другие коробки передач. Это обусловлено его возможностью динамического разгона и плавного хода;

- вариатор – самая экологичная трансмиссия, так как не задымляет настолько сильно атмосферу, как его оппоненты МКПП и АКПП.

Но не всё так сладко, как может показаться. И вариатор может предоставить хлопоты водителям:

- машина на бесступенчатой трансмиссии не способна долгое время передвигаться на высоких оборотах; - вариатор очень требователен к замене масла, поэтому за этим следует тщательно приглядывать и менять его каждые 20-30 тысяч километров, как минимум;

- вариатор также требует заливать в него определённую жидкость для корректной работы ремня коробки. А найти её достаточно непросто и стоит она недёшево;

- грубая и небрежная эксплуатация вариатора ведёт к его быстрой поломке. Нельзя его насиловать так, как, допустим, механическую коробку передач;

- ремонт вариатора достаточно дорогостоящий и сложный;

- выход из строя хотя-бы одного малейшего датчика может пагубно отразиться на работе всего вариатора.

Подписывайтесь на наши ленты в Facebook, Вконтакте и Instagram: все самые интересные автомобильные события в одном месте.

Была ли эта статья полезна?

auto.today

Смотрите также